阿拉溝水庫輸水段經(jīng)濟(jì)管徑選擇分析

郭軍輝

（吐魯番市水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院）

0 引言

在現(xiàn)代城市建設(shè)發(fā)展中，因?yàn)樗畮燧斔こ坦芫€比較長，因此在投資中成本較高，針對這一問題為能夠提升水庫輸水段投資合理性，實(shí)現(xiàn)對工程建設(shè)總投資以及運(yùn)行費(fèi)用的合理控制，那么則需要實(shí)現(xiàn)輸水段經(jīng)濟(jì)管徑的合理選擇。長距離輸水管道一般情況下會設(shè)置2條或2條以上，在其當(dāng)前研究中重點(diǎn)集中在經(jīng)濟(jì)流速、經(jīng)濟(jì)管線等方面，對其管徑選擇研究相對比較少。文章結(jié)合某水庫輸水工程為例，分析輸水段管徑的合理選擇及應(yīng)用。

1 經(jīng)濟(jì)管徑選擇方法

在水庫輸水段管道經(jīng)濟(jì)管徑選擇過程中，采用的計(jì)算公式主要有兩種方法，其中分別是經(jīng)濟(jì)流速法以及動態(tài)法，在動態(tài)法應(yīng)用中經(jīng)常采用的方法是年值法以及凈現(xiàn)值法。其中各種選擇為分別為：①經(jīng)濟(jì)流速法初選管徑。這一方法通常是應(yīng)用在管道工程初選階段，在輸水方式以及管材等因素考慮下確定經(jīng)濟(jì)流速范圍，在水力計(jì)算過程中實(shí)現(xiàn)對經(jīng)濟(jì)管徑的對比分析，對其應(yīng)用效果結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)管徑對其實(shí)施修正，最終確定具體的經(jīng)濟(jì)管徑。其中不同管徑管道的平均經(jīng)濟(jì)流速見表1。

表1 不同管徑管道的平均經(jīng)濟(jì)流速表

②經(jīng)濟(jì)管徑評估方法。截止到目前針對管徑選擇的相對經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法主要有凈現(xiàn)值法、凈年值法以及折算費(fèi)用法等，其中在經(jīng)濟(jì)管徑計(jì)算過程中，年值法以及凈現(xiàn)值法的原理是一致的，均需要對資金的時(shí)間價(jià)值進(jìn)行考慮，均是在通過擬定不同的管徑方案，實(shí)現(xiàn)對其定量經(jīng)濟(jì)對比從而確定管徑，但是在計(jì)算方式中存在一定差異。其中在凈現(xiàn)值法計(jì)算過程中，年運(yùn)行電費(fèi)現(xiàn)值以及投資現(xiàn)值之和即為總投資，其中在投資現(xiàn)值中需要對管道建設(shè)費(fèi)用以及泵站投資之和進(jìn)行考慮。凈現(xiàn)值法以及凈年值法一般情況下是在多方案投入和產(chǎn)出綜合評價(jià)中應(yīng)用，在投入和產(chǎn)出均較為明確方案對比中較為適用。本次研究則采用的是凈現(xiàn)值法，以對其實(shí)施經(jīng)濟(jì)評估。

2 結(jié)合實(shí)例分析經(jīng)濟(jì)管徑選擇方法

2.1 工程概況

本工程為阿拉溝水庫（含烏斯通溝水庫）向伊拉湖工業(yè)園區(qū)和核心工業(yè)園區(qū)水庫輸水工程，年引水規(guī)模為4 000 萬m3，其中：阿拉溝水庫年引水量3 000 萬m3，烏斯通溝水庫年引水量1 000萬m3。根據(jù)園區(qū)用水規(guī)劃情況，伊拉湖工業(yè)園區(qū)設(shè)計(jì)水平年年用水量為2 000萬m3；核心工業(yè)園區(qū)年用水量為2 000萬m3。工程新建DN900球墨鑄鐵引水管道6.00 km、DN500球墨鑄鐵引水管道3.50 km、DN900純玻璃鋼引水管道16.15 km、DN1000純玻璃鋼引水管道17.66 km、DN700純玻璃鋼引水管道25.94 km、DN500 純玻璃鋼引水管道16.50 km，總長79.75 km；新建過濾房2 座；新建調(diào)壓井2 座，新建調(diào)節(jié)池2 處（包含管理房、圍墻等）；新建監(jiān)控中心1座，安裝自動化監(jiān)測設(shè)備1套。

2.2 經(jīng)濟(jì)管徑選擇及應(yīng)用

在對以上工程綜合分析后，確定采用DN900 球墨鑄鐵作為輸水管材以及單管輸水方案，這一工程在布置及輸水工程中必須要加強(qiáng)輸水控制，因此在輸水段首段設(shè)置1座泵站。其中在管徑初選中，不同的計(jì)算公式為：①靜態(tài)法初選管徑。在調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)，對于經(jīng)濟(jì)管徑采用靜態(tài)法初步確定過程中，因?yàn)楣艿懒魉傩枰獫M足不沖不淤需求，那么在流量流速中確定為0.80～1.20 m/s，在經(jīng)過計(jì)算后初步確定管徑為0.90 m，計(jì)算結(jié)果顯示管道流速是在經(jīng)濟(jì)流速范圍中，所以將其管徑初選確定為1.20 m。其中在靜態(tài)法管徑計(jì)算中結(jié)果見表2。

②動態(tài)法初選管徑。在初設(shè)階段中，針對輸水干線管徑選擇中可以采用動態(tài)法對其實(shí)施深入對比分析，在年值法和凈現(xiàn)值法應(yīng)用中均需要計(jì)算分析不同管徑的管道工程投資，在工程投資過程中涉及到的因素包括有管材造價(jià)、土方回填、土方開挖、管線附屬建筑物建設(shè)、工程運(yùn)行等，在針對投資計(jì)算單價(jià)指標(biāo)分析過程中，需要和工程所在區(qū)域特點(diǎn)結(jié)合，其中在本工程計(jì)算過程中分別采用凈現(xiàn)值法以及年值法實(shí)現(xiàn)對管徑的初步計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果見表3。通過計(jì)算結(jié)果可以看出，不管是采用的哪種方法，年值和凈現(xiàn)值全部都是最低，所得管徑計(jì)算結(jié)果存在有投資優(yōu)勢，另外兩種計(jì)算方法確定的經(jīng)濟(jì)管徑存在有一致性，最終確定輸水段經(jīng)濟(jì)管徑為DN900。

表2 靜態(tài)法初選管道直徑計(jì)算結(jié)果表

3 水庫輸水工程管道經(jīng)濟(jì)管徑選擇注意事項(xiàng)

在水庫輸水工程泵站管道經(jīng)濟(jì)管徑選擇中，分析過程中管材粗糙系數(shù)的選定，可以結(jié)合《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》中統(tǒng)計(jì)的不同管道沿程水頭損失水力計(jì)算參數(shù)，同時(shí)也能夠和南水北調(diào)等國內(nèi)類似工程設(shè)計(jì)中的粗糙系數(shù)取值經(jīng)驗(yàn)結(jié)合應(yīng)用，和實(shí)際工程項(xiàng)目情況，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）粗糙系數(shù)的選擇范圍為1.10×10-2～1.25×10-2。在水頭損失和水泵揚(yáng)程計(jì)算過程中，因?yàn)樵谒眠x型以及運(yùn)行后耗電費(fèi)用中，有壓輸水管網(wǎng)系數(shù)以及水頭損失大小對其具有直接影響。在此工程預(yù)測分析中發(fā)現(xiàn)，局部水頭損失在沿程水頭損失中占有的比例為3%～5%，因此在計(jì)算過程中局部水頭損失可以忽視。在管徑選擇過程中，還存在其他影響因素，其中包括有：第一，管道沿線任一點(diǎn)工作壓力必須要確保在管材公稱壓力范圍中；第二，應(yīng)該盡可能選擇應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)管徑，以免提升成本；第三，在經(jīng)濟(jì)流速選擇中一定要確保是在管道不淤流速以及最大允許流速范圍中；第四，在日常運(yùn)行過程中，最大化確保水泵是在高效運(yùn)行曲線段范圍中；第五，在選擇中也需要對取水口位置以及地形高低等情況考慮其中。

表3 不同方法初選直徑計(jì)算結(jié)果表

4 結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)管徑選擇過程中，如果是在已經(jīng)確定輸水管道工程設(shè)計(jì)流量和管材基礎(chǔ)上，管徑選擇結(jié)果對于管道工程投資也具有較大影響，管徑增加越大自然也會導(dǎo)致管道工程投資越大，管徑越小工程運(yùn)行費(fèi)用則會越大。同時(shí)在實(shí)施經(jīng)濟(jì)管徑確定過程中，不但要考慮到經(jīng)濟(jì)流速以及管道流速，另外還需要滿足管道不沖不淤需求，盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格管徑，在管徑選擇中應(yīng)該盡可能避免選擇異形管徑，以免對工程招標(biāo)以及施工造成不良影響。在工程項(xiàng)目一開始可以采用靜態(tài)法選擇管徑，后期在管徑選擇中也就可以采用年費(fèi)用值或年凈現(xiàn)值最小選擇對其進(jìn)行選擇應(yīng)用，基于實(shí)例分析，針對經(jīng)濟(jì)管徑選擇過程中，采用的年現(xiàn)值法以及凈現(xiàn)值法確定結(jié)果存在有一致性，但是在實(shí)際應(yīng)用中結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)分析，在工程經(jīng)濟(jì)管徑選擇中最為常用廣泛應(yīng)用的方法是年現(xiàn)值法。在之后水庫輸水段管徑選擇過程中一方面要結(jié)合相應(yīng)影響因素，另一方面也需要和實(shí)際情況相結(jié)合，最大化提升管徑選擇合理性。